Конденсация
Еще в 1882 году биолог Вальтер Флемминг зафиксировал процесс «конденсации» ДНК.
Посмотрев в микроскоп, он увидел, как одна клетка аккуратно организовала связки ДНК и впоследствии разделила их на две новые клетки. Однако точные детали этого процесса оставались загадкой более 100 лет.
Создатели петель ДНК
«Есть разные школы по этому вопросу в области клеточной биологии», – объясняет нанобиолог и руководитель исследования Сиз Деккер из Института Кавли Делфтского технического университета. ‘В последние годы гипотеза о том, что конденсин вытесняет петли, получила поддержку, подтвержденная компьютерным моделированием. Идея состоит в том, что кольцевой конденсин захватывает ДНК и протягивает ее через свое кольцо петлевидным образом. Это возможно только в том случае, если белок обладает двигательной активностью. Одна проблема с этой моделью экструзии петли заключалась в том, что до сих пор моторная функция такого рода не обнаруживалась.
Кроме того, потребовалось бы слишком много энергии, чтобы протянуть петли через кольцо, намного больше, чем расход топлива, который наблюдался при конденсации, добавляет профессор Сис Деккер.
Моторная функция
В своей статье в Science исследователи впервые показывают, что конденсин действительно выполняет моторную функцию. Они разместили молекулы ДНК, которые были растянуты на поверхности, и добавили белки конденсина, каждая из которых снабжена светоизлучающей квантовой точкой, чтобы обеспечить наблюдение.
Мы наблюдали, как конденсин действительно перемещается по ДНК. Это происходило только при наличии топлива, в данном случае молекулы АТФ – бензина, который приводит в действие все процессы в клетке », – объясняет Джорин Эфтенс, аспирантка из Делфта и один из первых авторов. «Результаты также показывают, что конденсин делает чрезвычайно большие шаги в ДНК и, следовательно, требует значительно меньше АТФ, чем считалось ранее».
На втором этапе своего исследования исследователи заменили светоизлучающую квантовую точку на конденсине светоизлучающей цепочкой ДНК. Они снова стали свидетелями того же движения конденсина.
Таким образом, Condensin может перемещать часть ДНК по отношению к другой, что соответствует идее образования петли.
Точный основной механизм, поэтому точные детали того, как работает двигатель, все еще открыты для обсуждения.
Но это открытие, безусловно, является огромным толчком для развития компании, занимающейся экструзией петель. Мы также показали, что количество используемой энергии намного меньше, чем предполагалось ранее », – говорит Сис Деккер.
Медицинское значение
Исследование представляет собой значительный шаг в фундаментальном понимании наших клеток, но оно также актуально для медицинских исследований. Проблемы с семейством белков, к которому принадлежит конденсин, белками SMC, связаны с наследственными заболеваниями, такими как синдром Корнелии де Ланге.
Конденсин также имеет решающее значение в организации хромосом во время деления клеток, и ошибки в этом процессе могут привести к раку. Лучшее понимание этих процессов жизненно важно для отслеживания молекулярного происхождения серьезных заболеваний.